(57)【要約】【課題】インバータからのモータ電流の供給中に巻線の接続状態の切り替えを行ないながら、この切り替えによるトルクや回転速度の変動を抑制する。【解決手段】Ｕ相において、低速領域では、巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2が、巻線切替部１１Ｕ1のスイッチ１２Ｕ1のみがオンすることにより、直列接続された状態にある。このとき、巻線１０Ｕ1の端子Ｕと巻線１０Ｕ2の端子Ｕ１との間の巻線切替部１１Ｕ2と、巻線１０Ｕ1の端子Ｕ０と巻線１０Ｕ2の端子Ｕ２との間に接続された巻線切替部１１Ｕ2とは、夫々そのスイッチ１２Ｕ2，１２Ｕ3がオフすることにより、稼働しない。巻線の接続状態の切り替えは、インバータのスイッチングトランジスタがオフする期間中で行なわれ、まず、スイッチ１２Ｕ1，１２Ｕ2，１２Ｕ3が状態になった後、スイッチ１２Ｕ1がオフ状態となり、高速領域での巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2が並列接続された状態となる。Ｖ，Ｗ相についても、同様である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するインバータと、該モータの各相毎に設けられた第１，第２の２つの巻線の接続状態を、低速領域と高速領域とで、直列接続の状態と並列接続の状態とに切り替える巻線切替装置とを備えたモータ駆動装置において、
該巻線切替装置は、該巻線の接続状態の切り替えを、該インバータからのモータ電流のＰＷＭ変調によるオフ期間で行なうことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記各相の巻線は、前記モータの中性点を中心として、Ｙ結線されており、
前記巻線切替装置は、
前記第１，第２の巻線との間に接続される第１のスイッチからなる第１の巻線切替部と、
前記第１の巻線の前記インバータからモータ電流が供給される側の第１の端子と前記第２の巻線の該第１の巻線切替部に接続された第１の端子との間に接続され、第２のスイッチと第１の電流抑制素子との直列回路からなる第２の巻線切替部と、
前記第１の巻線の該第１の巻線切替部に接続された第２の端子と前記第２の巻線の該モータの中性点側の第２の端子との間に接続され、第３のスイッチと第２の電流抑制素子との直列回路からなる第３の巻線切替部と
を、各相毎に備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記巻線切替装置による巻線の接続状態の切り替えは、
前記モータが低速領域にあるときの各相での前記第１の巻線切替部の前記第１のスイッチがオンし、前記第２，第３の巻線切替部の前記第２，第３のスイッチがオフして、前記第１，第２の巻線が直列接続された第１の接続状態と、前記モータが高速領域にあるときの各相での前記第１の巻線切替部の前記第１のスイッチがオフし、前記第２，第３の巻線切替部の前記第２，第３のスイッチがオンして、前記第１，第２の巻線が並列接続された第２の接続状態との間の切り替わりであって、
かつ該第１の接続状態と該第２の接続状態との間に、前記第１，第２，第３の巻線切替部の前記第１，第２，第３のスイッチを全てオン状態する第３の接続状態を介在させる
ものであることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記電流抑制素子は、電流の大きさや電流の変化の度合いを抑制する素子であることを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車両などの広い速度範囲で所望の出力が要求される装置に用いられるモータに係り、特に、高速領域と低速領域とでモータの巻線を切り替えるようにしたモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両などの広い速度範囲で所望の出力が要求される装置に用いられるモータでは、モータをインバータで駆動するとともに、その高速領域と低速領域とでモータの巻線の接続状態の切り替えが行なわれる。
【０００３】
その一例として、モータの巻線の接続をＹ結線とΔ結線との切り替えを行なうものであって、かかる切り替えはインバータからのモータ電流を遮断して行なわれ、この切り替えが完了すると、再びインバータからモータ電流を供給するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の例として、モータの各相で２つずつ巻線が設けられ、これら巻線を直列接続の接続状態と並列接続の接続状態とを切り替える技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、他の例として、上記特許文献に記載の技術のように、低回転領域と高回転領域とで巻線の接続状態を直列接続と並列接続とに切り替えるものであるが、直列接続と並列接続との切り替えの途中に巻線の直列接続の状態と並列接続の状態とが同時に行なわれるようにし、電流経路を常に確保して電流の断絶による過電圧の発生を防止し、電流が流れる状態を維持したまま、巻線の接続状態の切り替えを行なうことができるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第２６６８８８４号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４８０７号公報
【特許文献３】特開２００５−１３０５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の技術では、モータ電流を遮断して巻線の接続状態を切り替えるものであるから、このモータ電流が遮断される期間、トルクが零となって回転速度が低下する。このため、かかるモータを駆動源とするハイプリッド自動車や電気自動車，鉄道の車両では、低速領域から高速領域へ、また、その逆の移行に際し、モータのトルクが例となるため、車速の低下を引き起こし、乗り心地が悪くなるという問題がある。
【０００８】
上記特許文献２に記載の技術は、モータの各相の巻線として、第１，第２の２つの巻線を設け、低速・高トルク領域では、これら２つの巻線を直列接続とし、高測定トルク領域では、これら２つの巻線が並列接続となるように、巻線の接続状態を切り替えるものであるが、この巻線の接続状態の切り替えタイミングについては、特に説明されていないが、インバータからのモータ電流の供給中にかかる切り替えが行なわれると、モータ電流の電流路の中断が生ずることになり、特許文献３に記載の技術と同様の問題が生ずることになる。
【０００９】
これに対し、上記特許文献３に記載の技術では、複数の巻線を直列接続の状態と並列接続の状態との一方から他方に切り替える場合、これらの接続状態との間に直列接続と並列接続とが同時に存在する状態を介在させ、モータ電流の電流路の中断を防止することができるものであるが、インバータからのモータ電流が供給されているときにかかる切り替えが行なわれると、モータ電流の変動が生ずることになり、これにより、トルクや回転数の変動が生ずることになる。
【００１０】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、インバータからのモータ電流の供給中に巻線の接続状態の切り替えを行ないながら、この切り替えによるトルクや回転速度の変動を抑制することができるようにしたモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、モータを駆動するインバータと、モータの各相毎に設けられた第１，第２の２つの巻線の接続状態を、低速領域と高速領域とで、直列接続の状態と並列接続の状態とに切り替える巻線切替装置とを備えたモータ駆動装置であって、巻線切替装置は、巻線の接続状態の切り替えを、インバータからのモータ電流のＰＷＭ変調によるオフ期間で行なうことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、各相の巻線が、モータの中性点を中心として、Ｙ結線されており、巻線切替装置が、第１，第２の巻線との間に接続される第１のスイッチからなる第１の巻線切替部と、第１の巻線のインバータからモータ電流が供給される側の第１の端子と第２の巻線の第１の巻線切替部に接続された第１の端子との間に接続され、第２のスイッチと第１の電流抑制素子との直列回路からなる第２の巻線切替部と、第１の巻線の第１の巻線切替部に接続された第２の端子と第２の巻線のモータの中性点側の第２の端子との間に接続され、第３のスイッチと第２の電流抑制素子との直列回路からなる第３の巻線切替部とを、各相毎に備えたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明は、巻線切替装置による巻線の接続状態の切り替えが、モータが低速領域にあるときの各相での第１の巻線切替部の第１のスイッチがオンし、第２，第３の巻線切替部の第２，第３のスイッチがオフして、第１，第２の巻線が直列接続された第１の接続状態と、モータが高速領域にあるときの各相での第１の巻線切替部の第１のスイッチがオフし、第２，第３の巻線切替部の第２，第３のスイッチがオンして、第１，第２の巻線が並列接続された第２の接続状態との間の切り替わりであって、かつ第１の接続状態と第２の接続状態との間に、第１，第２，第３の巻線切替部の第１，第２，第３のスイッチを全てオン状態する第３の接続状態を介在させるものであることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、電流抑制素子が、電流の大きさや電流の変化の度合いを抑制する素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、インバータのスイッチングトランジスタがモータ電流の出力中のＰＷＭ変調によるオフ期間にモータの各相の巻線の接続状態の切り替えを行なうものであるから、インバータから供給されるモータ電流が巻線の接続状態の切り替えによって影響されることがなく、かかる切り替えによるモータの回転速度やトルクの変動を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。  
図１は本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック回路図であって、１はモータ、２はインバータ、３は直流電源、４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは上側のスイッチングトランジスタ、５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは下側のスイッチングトランジスタ、６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，７Ｕ，７Ｖ，７Ｗはフライホイールダイオード、８はコントローラ、９は巻線切替装置である。
【００１７】
同図において、この実施形態は、バッテリまたは整流・平滑装置からなる直流電源３と、この直流電源３からの直流電流を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の交流電流に変換するインバータ２と、モータ１（ここでは、３相のインダクションモータとする）の巻線の接続を切り替える巻線切替装置９とから構成されている。
【００１８】
インバータ２は、図示する周知の構成をなしており、コントローラ８の制御により、上側のスイッチングトランジスタ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと下側のスイッチングトランドスタ５Ｕ，５Ｖ，５Ｗとのオン，オフが所定の周期Ｔで制御される。そして、上側のスイッチングトランジスタ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの各周期Ｔ毎のオン期間は順次１２０°ずつずれている。また、上側のスイッチングトランジスタ４Ｕのオン期間では、下側のスイッチングトランジスタ６Ｖ，６Ｗが順にオンし、上側のスイッチングトランジスタ４Ｖのオン期間では、下側のスイッチングトランジスタ６Ｗ，６Ｕが順にオンし、上側のスイッチングトランジスタ４Ｗのオン期間では、下側のスイッチングトランジスタ６Ｕ，６Ｖが順にオンする。これにより、上側のスイッチングトランジスタ４Ｕのオン期間では、このスイッチングトランジスタ４Ｕを通してＵ相のモータ電流がモータ１に流れ込み、モータ１から下側のスイッチングトランジスタ６Ｖまたは６Ｗを通して直流電源３に還流する。上側のスイッチングトランジスタ４Ｖのオン期間では、このスイッチングトランジスタ４Ｖを通してＶ相のモータ電流がモータ１に流れ込み、モータ１から下側のスイッチングトランジスタ６Ｗまたは６Ｕを通して直流電源３に還流し、上側のスイッチングトランジスタ４Ｗのオン期間では、このスイッチングトランジスタ４Ｗを通してＷ相のモータ電流がモータ１に流れ込み、モータ１から下側のスイッチングトランジスタ６Ｕまたは６Ｖを通して直流電源３に還流する。
【００１９】
ここで、これらスイッチングトランジスタ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ，５Ｕ，５Ｖ，５Ｗのオン期間では、コントローラ８からの駆動信号ＤU，ＤV，ＤWがＰＷＭ（パルス幅変調）信号であることから、このＰＷＭ信号に応じてオン／オフしている。従って、上側のスイッチングトランジスタ４Ｕ，４Ｖ，４ＷからのＵ相，Ｖ相，Ｗ相のモータ電流は夫々、ＰＷＭ変調に応じて高レベルと低レベルとが交互に繰り替えす電流であり、このＰＷＭ変調のデューティ比がモータ１の回転数（回転速度）を決定することになる。従って、このデューティ比を制御することにより、モータ１の回転数を制御することができる。
【００２０】
巻線切替装置９は、モータ１の回転数に応じて、所定のトルクが得られるように、モータ１の巻線の接続を切り替えるものである。即ち、モータ１の巻線の接続状態を、モータ１の低速領域で高トルクが得られる接続状態とし、モータ１の高速領域で低トルクが得られる接続状態とするものである。
【００２１】
そして、この実施形態では、特に、モータ１のかかる巻線接続の状態の切り替えを、巻線の電流、即ち、モータ電流を遮断することなく、行なうものであり、そのタイミングをモータ電流のＰＷＭ変調による低レベル期間内に設定するものである。これによると、モータ電流を中断することなく、巻線接続の状態の切り替えが行なわれるので、トルクの低下や回転速度の大きな変化がなく、モータ１の回転数の高速領域と低速領域との間の変化に対して、その変化した回転速度領域に適したトルクに円滑に変化することになる。
【００２２】
このため、コントローラ８は、図示しないが、モータ１の回転数を常時監視しているとともに、モータ１のトルクを高トルクから低トルクへまたはその逆の切り替わりをすべきモータ１の回転数（以下、境界回転数という）が設定されており、また、駆動信号ＤU，ＤV，ＤWのＰＷＭ変調による低レベル期間を監視している。そして、モータ１の回転数が高速領域から低速領域へ、または、低速領域が高速領域へとこの境界回転数を越えるときには、コントローラ８は、駆動信号ＤU，ＤV，ＤWのＰＷＭ変調による低レベル期間に巻線切替制御信号ＣＳを巻線切替装置９に供給し、この巻線切替装置９でモータ１の巻線の接続状態の切り替えを行なわせる。
【００２３】
図２は図１におけるモータ１の巻線と巻線切替装置９の一具体例を示す回路構成図であって、１０Ｕ1，１０Ｕ2，１０Ｖ1，１０Ｖ2，１０Ｗ1，１０Ｗ2は巻線、１１Ｕ1，１１Ｕ2，１１Ｕ3，１１Ｖ1，１１Ｖ2，１１Ｖ3，１１Ｗ1，１１Ｗ2，１１Ｗ3は巻線切替部、１２Ｕ1，１２Ｕ2，１２Ｕ3，１２Ｖ1，１２Ｖ2，１２Ｖ3，１２Ｗ1，１２Ｗ2，１２Ｗ3はスイッチ、１３Ｕ1，１３Ｕ2，１３Ｖ1，１３Ｖ2，１３Ｗ1，１３Ｗ2電流抑制素子である。
【００２４】
同図において、モータ１は３相誘導電動機であって、巻線はＹ結線されており、夫々の巻線の接続状態が巻線切替装置９によって切り替えられる。
【００２５】
Ｕ相では、２つの巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2が設けられ、巻線１０Ｕ1の一方の端子Ｕ０が巻線切替部１１Ｕ1を介して巻線１０Ｕ2の一方の端子Ｕ１に接続され、この巻線１０Ｕ2の他方の端子Ｕ２が中性点Ｎに接続されている。巻線１０Ｕ1の他方の端子Ｕは、Ｕ相のモータ電流の入力端子であって、インバータ２（図１）のＵ相出力端子（スイッチングトランジスタ４Ｕ，５Ｕの接続点）に接続され、インバータ２からＵ相のモータ電流が供給される。巻線切替部１１Ｕ1はスイッチ１２Ｕ1からなるものであって、スイッチ１２Ｕ1は双方向性の半導体スイッチング素子や電磁式リレー，その他電気的に通電，遮断の機能を有する素子であり、これにより、巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2間が導通状態と遮断状態とに切り替えられる。
【００２６】
また、巻線１０Ｕ1の一方の端子Ｕと巻線１０Ｕ2の一方の端子Ｕ１との間に（即ち、巻線１０Ｕ1と巻線切替部１１Ｕ1との直列回路に並列に）、電流抑制素子１３Ｕ1とスイッチ１２Ｕ2との直列回路からなる巻線切替部１１Ｕ2が設けられており、巻線１０Ｕ1の他方の端子Ｕ０と巻線１０Ｕ2の中性点Ｎ側の端子Ｕ２との間に（即ち、巻線切替部１１Ｕ1と巻線１０Ｕ2との直列回路に並列に）、電流抑制素子１３Ｕ2とスイッチ１２Ｕ3との直列回路からなる巻線切替部１１Ｕ3が設けられている。
【００２７】
なお、スイッチ１２Ｕ2，１２Ｕ3は、スイッチ１２Ｕ1と同様、双方向性の半導体スイッチング素子や電磁式リレー，その他電気的に通電，遮断の機能を有する素子である。また、電子抑制素子１３Ｕ1，１３Ｕ2は、例えば、抵抗やインダクタンスなどであって、電流の大きさや電流の変化の度合いを抑制するものである。
【００２８】
巻線切替部１１Ｕ1，１１Ｕ2，１１Ｕ3が、図１における巻線切替回路９でのＵ相部分を構成するものであり、そのスイッチ１２Ｕ1，１２Ｕ2，１２Ｕ3がコントローラ８（図１）からの巻線切替制御信号ＣＳによってオン／オフ制御される。
【００２９】
Ｖ相でも、２つの巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2が設けられ、巻線１０Ｖ1の一方の端子Ｖ０が巻線切替部１１Ｖ1を介して巻線１０Ｖ2の一方の端子Ｖ１に接続され、この巻線１０Ｖ2の他方の端子Ｖ２が中性点Ｎに接続されている。巻線１０Ｖ1の他方の端子Ｖは、Ｖ相のモータ電流の入力端子であって、インバータ２（図１）のＶ相出力端子（スイッチングトランジスタ４Ｖ，５Ｖの接続点）に接続され、インバータ２からＶ相のモータ電流が供給される。巻線切替部１１Ｖ1はスイッチ１２Ｖ1からなるものであって、これにより、巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2間が導通状態と遮断状態とに切り替えられる。
【００３０】
また、巻線１０Ｖ1の一方の端子Ｖと巻線１０Ｖ2の一方の端子Ｖ１との間に（即ち、巻線１０Ｖ1と巻線切替部１１Ｖ1との直列回路に並列に）、電流抑制素子１３Ｖ1とスイッチ１２Ｖ2との直列回路からなる巻線切替部１１Ｖ2が設けられており、巻線１０Ｖ1の他方の端子Ｖ０と巻線１０Ｖ2の中性点Ｎ側の端子Ｖ２との間に（即ち、巻線切替部１１Ｖ1と巻線１０Ｖ2との直列回路に並列に）、電流抑制素子１３Ｖ2とスイッチ１２Ｖ3との直列回路からなる巻線切替部１１Ｖ3が設けられている。
【００３１】
なお、スイッチ１２Ｖ1，１２Ｖ2，１２Ｖ3も、先のスイッチ１２Ｕ1，１２Ｕ2，１２Ｕ3と同様、双方向性の半導体スイッチング素子や電磁式リレー，その他電気的に通電，遮断の機能を有する素子である。また、電流抑制素子１３Ｖ1，１３Ｖ2も、先の電流抑制素子１３Ｕ1，１３Ｕ2と同様、例えば、抵抗やインダクタンスなどであって、電流の大きさや電流の変化の度合いを抑制するものである。
【００３２】
巻線切替部１１Ｖ1，１１Ｖ2，１１Ｖ3が、図１における巻線切替回路９でのＶ相部分を構成するものであって、そのスイッチ１２Ｖ1，１２Ｖ2，１２Ｖ3がコントローラ８（図１）からの巻線切替制御信号ＣＳによってオン／オフ制御される。
【００３３】
Ｗ相でも、２つの巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2が設けられ、巻線１０Ｗ1の一方の端子Ｗ０が巻線切替部１１Ｗ1を介して巻線１０Ｗ2の一方の端子Ｗ１に接続され、この巻線１０Ｗ2の他方の端子Ｗ２が中性点Ｎに接続されている。巻線１０Ｗ1の他方の端子Ｗは、Ｗ相のモータ電流の入力端子であって、インバータ２（図１）のＷ相出力端子（スイッチングトランジスタ４Ｗ，５Ｗの接続点）に接続され、インバータ２からＷ相のモータ電流が供給される。巻線切替部１１Ｗ1はスイッチ１２Ｗ1からなるものであって、これにより、巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2間が導通状態と遮断状態とに切り替えられる。
【００３４】
また、巻線１０Ｗ1の一方の端子Ｗと巻線１０Ｗ2の一方の端子Ｗ１との間に（即ち、巻線１０Ｗ1と巻線切替部１１Ｗ1との直列回路に並列に）、電流抑制素子１３Ｗ1とスイッチ１２Ｗ2との直列回路からなる巻線切替部１１Ｗ2が設けられており、巻線１０Ｗ1の他方の端子Ｗ０と巻線１０Ｗ2の中性点Ｎ側の端子Ｗ２との間に（即ち、巻線切替部１１Ｗ1と巻線１０Ｗ2との直列回路に並列に）、電流抑制素子１３Ｗ2とスイッチ１２Ｗ3との直列回路からなる巻線切替部１１Ｗ3が設けられている。
【００３５】
なお、スイッチ１２Ｗ1，１２Ｗ2，１２Ｗ3も、先のスイッチ１２Ｕ1，１２Ｕ2，１２Ｕ3と同様、双方向性の半導体スイッチング素子や電磁式リレー，その他電気的に通電，遮断の機能を有する素子である。また、電流抑制素子１３Ｗ1，１３Ｗ2も、先の電流抑制素子１３Ｕ1，１３Ｕ2と同様、例えば、抵抗やインダクタンスなどであって、電流の大きさや電流の変化の度合いを抑制するものである。
【００３６】
巻線切替部１１Ｗ1，１１Ｗ2，１１Ｗ3が、図１における巻線切替回路９でのＷ相部分を構成するものであって、そのスイッチ１２Ｗ1，１２Ｗ2，１２Ｗ3がコントローラ８（図１）からの巻線切替制御信号ＣＳによってオン／オフ制御される。
【００３７】
次に、巻線の接続状態の切り替え動作について説明する。
【００３８】
図３はモータ１が低速領域にあるときの巻線の接続状態を示す回路図であって、図２に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【００３９】
同図において、モータ１の低速・高トルク状態では、コントローラ８（図１）からの巻線切替制御信号ＣＳにより、巻線切替部１１Ｕ1，１１Ｖ1，１１Ｗ1夫々のスイッチ１２Ｕ1，１２Ｖ1，１２Ｗ1はオン状態に設定され、巻線切替部１１Ｕ2，１１Ｕ3のスイッチ１２Ｕ2，１２Ｕ3、巻線切替部１１Ｖ2，１１Ｖ3のスイッチ１２Ｖ2，１２Ｖ3及び巻線切替部１１Ｗ2，１１Ｗ3のスイッチ１２Ｗ2，１２Ｗ3はオフ状態に設定されている。そして、Ｕ相では、端子Ｕと中性点Ｎとの間で巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2が直列に接続され、かつ巻線切替部１１Ｕ2，１１Ｕ3がかかる巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2の直列回路から切り離されている。同様にして、Ｖ相では、端子Ｖと中性点Ｎとの間で巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2が直列に接続され、かつ巻線切替部１１Ｖ2，１１Ｖ3がかかる巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2の直列回路から切り離されており、Ｗ相では、端子Ｗと中性点Ｎとの間で巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2が直列に接続され、かつ巻線切替部１１Ｗ2，１１Ｗ3がかかる巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2の直列回路から切り離されている。
【００４０】
そこで、いま、インバータ２の上側のスイッチングトランジスタ４Ｕ（図１）がオンしてＵ相のモータ電流がモータ１に供給されると、このモータ電流は、端子Ｕから巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2を通って中性点Ｎに流れ、この中性点Ｎからは、Ｖ相の巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2やＷ相の巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2に流れる。Ｖ相の巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2を流れる電流は、インバータ２において、下側のスイッチングトランジスタ５Ｖを通って直流電源３に流れ、Ｗ相の巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2を流れる電流は、インバータ２において、下側のスイッチングトランジスタ５Ｗを通って直流電源３に流れる。
【００４１】
インバータ２の上側のスイッチングトランジスタ４Ｖ（図１）がオンしてＶ相のモータ電流がモータ１に供給されるときには、Ｖ相での端子Ｖからモータ電流が供給され、Ｗ相の端子ＷとＵ相の端子Ｕからコンバータ２に流れ、インバータ２の上側のスイッチングトランジスタ４Ｗ（図１）がオンしてＷ相のモータ電流がモータ１に供給されるときには、Ｗ相での端子Ｗからモータ電流が供給され、Ｕ相の端子ＵとＶ相の端子Ｖからコンバータ２に流れる。
【００４２】
このようにして、各相で２つの巻線が直列に接続されてモータ電流が供給されることにより、モータ１が低速・高トルク状態にある。
【００４３】
かかる巻線の接続状態で、Ｕ相のモータ電流の通電中、インバータ２のスイッチングトランジスタ４Ｕ（図１）が、その駆動信号のＰＷＭ変調による低レベル期間、オフすると、上側のスイッチングトランジスタ４ＵからのＵ相のモータ電流は、そのオフ期間、中断するが、巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2に誘起される電圧により、矢印で示す方向に電流が、Ｕ相のモータ電流として、流れることになる。このモータ電流は、Ｖ相の端子Ｖ，Ｗ相の端子Ｗから出力されるが、インバータ２でのそのときオン状態にある下側のスイッチングトランジスタ５Ｖ，５Ｗを通り、そのときオフ状態にある下側のスイッチングトランジスタ５Ｕに並列で逆向きに接続されたフライホイールダイオード７Ｕを通り、モータ１のＵ相に端子Ｕから還流される。Ｖ相，Ｗ相についても、インバータ２からモータ電流が供給される期間で上記のＰＷＭ変調のオフ期間では、同様にして、Ｖ相，Ｗ相の巻線の誘起電圧による電流が、モータ電流として、還流することになる。
【００４４】
モータ１の回転速度が低速領域から高速領域に移行すると、この実施形態では、インバータ２での上側のスイッチングトランジスタの駆動信号のＰＷＭ変調によるオフ期間中に、高速・低トルク状態での各相の巻線の接続状態の切り替えが行なわれる。
【００４５】
図４はインバータ２からのモータ電流がＰＷＭ変調によって中断された期間内に行なわれる巻線の接続状態の切り替え時の巻線切替装置の状態を示す図であって、図２に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。ここでも、Ｕ相について説明する。
【００４６】
図３に示す状態で、Ｕ相の通電期間に、インバータ２の上側のスイッチングトランジスタ４Ｕ（図１）がＰＷＭ変調のオフ期間となり、この上側のスイッチングトランジスタ４ＵからのＵ相のモータ電流が中断する期間（以下、これをＰＷＭ変調によるモータ電流のオフ期間という。この期間では、後述するように、巻線での誘導電圧による電流が、モータ電流として流れる）となると、コントローラ８（図１）からの巻線切替制御信号ＣＳにより、図４に示すように、各相の巻線切替部１１Ｕ1，１１Ｖ1，１１Ｗ1のスイッチ１２Ｕ1，１２Ｖ1，１２Ｗ1がオン状態に保持されている状態で、Ｕ相の巻線切替部１１Ｕ2，１１Ｕ3のスイッチ１２Ｕ2，１２Ｕ3、Ｖ相の巻線切替部１１Ｖ2，１１Ｖ3のスイッチ１２Ｖ2，１２Ｖ3及びＷ相の巻線切替部１１Ｗ2，１１Ｗ3のスイッチ１２Ｗ2，１２Ｗ3が全てオン状態に設定される。
【００４７】
これにより、Ｕ相では、巻線切替部１１Ｕ1のスイッチ１２Ｕ1とを介して巻線１０Ｕ1と巻線１０Ｕ2とが接続されているが、Ｕ端子から巻線１０Ｕ1と巻線切替部１１Ｕ3の電流抑制素子１３Ｕ2とスイッチ１３Ｕ3とを通る電流路が形成され、また、Ｕ端子から巻線切替部１１Ｕ2の電流抑制素子１３Ｕ1とスイッチ１２Ｕ2と巻線１０Ｕ2とを通る電流路が形成される。
【００４８】
このとき、Ｕ相の巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2で誘起された電圧により、各部に矢印で示す方向に電流（以下、誘導電流という）が流れる。Ｕ相の巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2からＶ相の巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2に流れる誘導電流は、上記のように、インバータ２の下側のスイッチングトランジスタ５Ｖ，下側のスイッチングトランジスタ５Ｕに並列接続されたフライホイールダイオード７Ｕを通り、Ｕ相のモータ電流として、Ｕ相の巻線のＵ端子に還流し、Ｕ相の巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2からＷ相の巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2に流れる電流は、上記のように、インバータ２の下側のスイッチングトランジスタ５Ｗ，下側のスイッチングトランジスタ５Ｕに並列接続されたフライホイールダイオード７Ｕを通り、Ｕ相のモータ電流として、Ｕ相の巻線のＵ端子に還流する。
【００４９】
また、巻線１０Ｕ1に流れる電流の一部は、スイッチ１２Ｕ2がオンしていることにより、矢印で示す方向に巻線切替部１１Ｕ2を流れる。この巻線切替部１１Ｕ2に流れる電流の大きさは、スイッチ１２Ｕ2がオンしたときのこの電流の大きさと電流抑制素子１３Ｕ1の値によって決まるが、この電流抑制素子１３Ｕ1の値を所定に設定しておくことにより、この電流に急激な変化が起きないようにすることができ、巻線１０Ｕ1に流れる電流の急変を抑えることができる。
【００５０】
また、巻線１０Ｕ2を流れる誘導電流の一部は、スイッチ１２Ｕ3がオンしていることにより、矢印で示す方向に巻線切替部１１Ｕ3を流れる。巻線切替部１１Ｕ3に流れる電流の大きさも、巻線切替部１１Ｕ3での電流抑制素子１３Ｕ2の値を所定に設定することにより、巻線切替部１１Ｕ3に流れる電流に急激な変化が起きないようにすることができ、巻線１０Ｕ2に流れる電流の急変を抑えることができる。
【００５１】
但し、巻線切替部１１Ｕ2，１１Ｕ3がこのように稼働状態となることにより、誘導電流の一部がかかる巻線切替部１１Ｕ2，１１Ｕ3に流れるので、このときの巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2の誘起電流によるＵ相のモータ電流はやや減少することになる。
【００５２】
このようにして、巻線切替部１１Ｕ2，１１Ｕ3を稼働状態にすることにより、Ｕ端子から巻線１０Ｕ1と巻線切替部１１Ｕ3の電流抑制素子１３Ｕ2とスイッチ１３Ｕ3とを通る電流路と、Ｕ端子から巻線切替部１１Ｕ2の電流抑制素子１３Ｕ1とスイッチ１２Ｕ2と巻線１０Ｕ2とを通る電流路とが形成されるが、かかる電流路が形成されたことによる誘導電流（即ち、モータ電流）の変化は大きなものではない。
【００５３】
なお、Ｖ相，Ｗ相においても、図示するように、Ｕ相と同時に、夫々の巻線を含む２つの電流路が形成される。
【００５４】
図５は図４に示す巻線の接続状態から移行して高速・低トルク領域での巻線の接続状態を示す図であり、図２に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【００５５】
図４に示す巻線の接続状態で、Ｕ相のＰＷＭ変調によるモータ電流の同じオフ期間内にコントローラ８（図１）からの次の巻線の接続状態を設定する巻線切替制御信号ＣＳが供給されると、図５に示すように、Ｕ相の巻線切替部１１Ｕ1のスイッチ１２Ｕ1とＶ相の巻線切替部１１Ｖ1のスイッチ１２Ｖ1とＷ相の巻線切替部１１Ｗ1のスイッチ１２Ｗ1とが同時にオフ状態に設定される。
【００５６】
これにより、Ｕ相では、端子Ｕと中性点Ｎとの間で、端子Ｕから巻線１０Ｕ1と巻線切替部１１Ｕ3の電流抑制素子１３Ｕ2とスイッチ１３Ｕ3とを通る電流路と、端子Ｕから巻線切替部１１Ｕ2の電流抑制素子１３Ｕ1とスイッチ１２Ｕ2と巻線１０Ｕ2とを通る電流路とが並列に形成される。この結果、巻線１０Ｕ1と巻線１０Ｕ2とが互いに並列接続された接続関係となる。Ｖ相，Ｗ相についても同様であり、Ｖ相では、端子Ｖと中性点Ｎとの間で巻線１０Ｖ1，１０Ｖ2が並列接続された関係となり、Ｗ相では、端子Ｗと中性点Ｎとの間で巻線１０Ｗ1，１０Ｗ2が並列接続された関係となる。
【００５７】
このようにして、Ｕ，Ｖ，Ｗ相で同時に巻線が並列接続される状態に移行し、高速・低トルクの巻線接続状態となる。
【００５８】
以上の巻線の接続状態の切り替えは、ＰＷＭ変調によるＵ相のモータ電流のオフ期間で行なわれるため、インバータ２からのモータ電流を中断させることなく、行なうことができる。そして、この巻線の接続状態の切り替え時では、モータ電流の大幅な減少がないため、トルクの大幅な低下も抑制できる。
【００５９】
図６は以上の巻線の接続状態の切り替えでの各部の動作及びモータ電流の変化をＵ相について示すタイミング図であるが、上記のように、Ｖ相，Ｗ相についても、同様である。
【００６０】
図６では、主回路（この場合、図２におけるインバータ２のＵ相の上側のスイッチングトランジスタ４Ｕ）のオン／オフ動作と、図３〜図５に示すＵ相の巻線切替部１１Ｕ1，１１Ｕ2，１１Ｕ3でのスイッチ１２Ｕ1，１２Ｕ2，１２Ｕ3のオン／オフ動作と、これらの動作に伴うＵ相のモータ電流の変化を示している。
【００６１】
ここで、横軸を時間軸とし、縦軸を数値（レベル）軸としているが、数値軸は夫々の動作に対するレベルの変化に共通に用いているに過ぎず、数値そのものには意味がない。また、時間軸はインバータ２で使用される上記のＰＷＭ変調の周期を単位として表わしているが、時間０〜３の期間は拡大して示している。
【００６２】
主回路４Ｕがオンする期間では、Ｕ相のモータ電流は増加するが、オフ期間になると、減少していく。
【００６３】
いま、モータ１のＵ相でスイッチ１２Ｕ1のみがオン状態にある図３に示す巻線の接続状態にあるときに、拡大して示す時間０〜３の期間において、主回路４Ｕがオン状態からオフ状態に切り替わり、ＰＷＭ変調によるＵ相のモータ電流のオフ期間になると、Ｕ相の誘導電流が、上記のように、Ｕ相のモータ電流となるが、このモータ電流は減少していく。図６における「Ａ」状態は、このときの図３で示す状態である。このとき、モータ１の回転数が低速領域から高速領域に移行したものとすると、Ｕ相でスイッチ１２Ｕ1のみがオン状態にある図３に示す巻線の接続状態からスイッチ１２Ｕ2，１２Ｕ3もオン状態となる図４に示す巻線の接続状態に切り替われ（「Ｂ」状態）、Ｕ相の誘導電流によるモータ電流の低減の度合いがやや大きくなる。そして、図４に示す状態からＵ相でスイッチ１２Ｕ1のみがオフ状態となる図５に示す巻線の接続状態となると（「Ｃ」状態）、やはりＵ相の誘導電流によるモータ電流は減少していく。
【００６４】
しかし、以上の動作により、巻線１０Ｕ1，１０Ｕ2が並列接続された状態となり、主回路４Ｕが次の周期（時間３〜４）の開始でオンして、ＰＷＭ変調によるモータ電流のオン期間となると、Ｕ相の巻線の巻数が直列接続されていたときの１／２に相当する状態となるので、モータ電流が急速に増加する。これにより、高速回転が直ちに行なわれることになる。そして、さらには、この巻線の接続状態の切り替わりもＰＷＭ変調の１周期中の主回路４Ｕがオフする期間内で行なわれるので、トルクが低下し過ぎることもない。
【００６５】
図７はこの実施形態でのモータの回転速度に対するトルクの変化を従来の巻線の接続状態を切り替えない場合と比較して示す図である。
【００６６】
同図において、低速領域を回転数が１５００ｒｐｍ以下の領域、高速領域を１５００ｒｐｍを超える領域としている。
【００６７】
低速領域では、回転数が５００ｒｐｍまでは、トルクが一定であり、回転数が高まるにつれてトルクが低下していく。従来の巻線の接続状態の切り替えを行なわないモータでは、回転数がさらに高まるにつれてトルクは連続的に低下していくが、上記実施形態では、回転数が１５００ｒｐｍとなったとき、低速領域から高速領域に移行したものとして、上記のように、図３に示す巻線の接続状態から図５に示す巻線の接続状態に切り替えられるから、この切り替えによって、実線で示すように、トルクが持ち上がるように上昇し、さらに、回転数が高まるとともに、低下していく。これに対し、巻線の接続状態の切り替えを行なわない従来のモータでは、回転数が１５００ｒｐｍを超えても、破線で示すように、そのまま連続してトルクが低下していき、高速領域でのトルクが上記実施形態よりも小さなものとなる。
【００６８】
このように、この実施形態では、高速領域でのトルクの低下も抑えることができる。
【００６９】
なお、上記の説明では、低速領域から高速領域への移行の場合について説明したが、逆に、高速領域から低速領域への移行の場合には、同様にして、モータ電流のＰＷＭ変調でのオフする期間内に図５に示す巻線の接続状態から図４に示す巻線の接続状態を経て図３に示す巻線の接続状態への切り替えが行なわれる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、インダクションモータを例にしたが、本発明は、これに限るものではなく、界磁として磁石を用いる磁石モータであってよく、同様の構成とすることができて、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、広い速度範囲で運転するモータにおいて、モータ電流が大幅に低下することなく、巻線の接続状態の切り替えを行なうことができるので、トルク変動の少ないモータを提供できる。従って、モータを駆動源とするハイブリッド自動車や電気自動車，鉄道の車両において、乗り心地を損なわせることがないモータ及びその駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック回路図である。
【図２】図１におけるモータ１の巻線と巻線切替装置９の一具体例を示す回路構成図である。
【図３】モータ１が高速領域にあるときの巻線の接続状態を示す回路図である。
【図４】通電中のモータ電流がＰＷＭ変調によって低レベルとなったときに行なわれる巻線の接続状態の切り替え時の巻線切替装置の状態を示す図である。
【図５】図４に示す巻線の接続状態から移行した高トルクが得られる巻線の接続状態を示す図である。
【図６】巻線の接続状態の切り替えでの各部の動作及びモータ電流の変化を示すタイミング図である。
【図７】図１に示す実施形態でのモータの回転速度に対するトルクの変化を従来の巻線の接続状態を切り替えない場合と比較して示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  モータ
２  インバータ
３  直流電源
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ  上側のスイッチングトランジスタ
５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ  下側のスイッチングトランジスタ
６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ  フライホイールダイオード
８  コントローラ
９  巻線切替装置
１０Ｕ1，１０Ｕ2，１０Ｖ1，１０Ｖ2，１０Ｗ1，１０Ｗ2  巻線
１１Ｕ1〜１１Ｕ3，１１Ｖ1〜１１Ｖ3，１１Ｗ1〜１１Ｗ3  巻線切替部
１２Ｕ1〜１２Ｕ3，１２Ｖ1〜１２Ｖ3，１２Ｗ1〜１２Ｗ3  スイッチ
１３Ｕ1，１３Ｕ2，１３Ｖ1，１３Ｖ2，１３Ｗ1，１３Ｗ2  電流抑制素子
【図１】
2010017055.tif 000003
【図２】
2010017055.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010017055.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010017055.tif 000008
【図７】
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